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第6章液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)輔助元件2012-11-2705二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)本章提要

液壓輔助元件有濾油器、蓄能器、油箱和熱交換器等。

液壓輔助元件和液壓元件一樣,都是液壓系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。它們對(duì)系統(tǒng)的性能、效率、溫升、噪聲和壽命的影響不亞于液壓元件本身。通過(guò)學(xué)習(xí),要求掌握液壓輔件的結(jié)構(gòu)原理,熟知其使用方法及適用場(chǎng)合。本章主要內(nèi)容為:05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)6.1.1蓄能器的功能

蓄能器是液壓系統(tǒng)中一種儲(chǔ)存油液壓力能的裝置,其主要功用如下:1)短時(shí)間內(nèi)大量供油(協(xié)助泵供油、作應(yīng)急動(dòng)力源);

2)吸收液壓沖擊和壓力脈動(dòng);

3)維持系統(tǒng)壓力(保壓補(bǔ)漏)。6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)(1)作輔助動(dòng)力源和應(yīng)急動(dòng)力源

在液壓系統(tǒng)工作循環(huán)中不同階段需要的流量變化很大時(shí),常采用蓄能器和一個(gè)流量較小的泵組成油源。當(dāng)系統(tǒng)需要很小流量時(shí),蓄能器將液壓泵多余的流量?jī)?chǔ)存起來(lái);當(dāng)系統(tǒng)短時(shí)期需要較大流量時(shí),蓄能器將儲(chǔ)存的液壓油釋放出來(lái)與泵一起向系統(tǒng)供油。在某些特殊的場(chǎng)合:如驅(qū)動(dòng)泵的原動(dòng)機(jī)發(fā)生故障,蓄能器可作應(yīng)急能源緊急使用;如現(xiàn)場(chǎng)要求防火防爆,也可用蓄能器作為獨(dú)立油源。6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

(2)保壓和補(bǔ)充泄漏

有的液壓系統(tǒng)需要較長(zhǎng)時(shí)間保壓而液壓泵卸載,此時(shí)可利用蓄能器釋放所儲(chǔ)存的液壓油,補(bǔ)償系統(tǒng)的泄漏,保持系統(tǒng)的壓力。6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)(3)

吸收壓力沖擊和消除壓力脈動(dòng)

由于液壓閥的突然關(guān)閉或換向,系統(tǒng)可能產(chǎn)生壓力沖擊,此時(shí)可在壓力沖擊處安裝蓄能器起吸收作用,使壓力沖擊峰值降低。如在泵的出口處安裝蓄能器,還可以吸收泵的壓力脈動(dòng),提高系統(tǒng)工作的平穩(wěn)性。6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)6.1.2蓄能器的類(lèi)型圖6.1蓄能器的結(jié)構(gòu)形式

6.1蓄能器

蓄能器的結(jié)構(gòu)形式主要有重力式、充氣式和彈簧式三種類(lèi)型。05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

1重力式蓄能器6.1蓄能器2彈簧式蓄能器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,反應(yīng)尚還靈敏,但容量小,易內(nèi)泄并有壓力損失,不適于高壓和高頻動(dòng)作的場(chǎng)合。一般可用于小容量、低壓系統(tǒng),用作蓄能和緩沖。

重力式蓄能器利用重物的位置變化來(lái)儲(chǔ)存和釋放能量。重物作用于油液,油液壓力決定于彈簧的預(yù)緊力和活塞面積。這種蓄能器目前已很少采用,只有在個(gè)別的低壓系統(tǒng)中還能見(jiàn)到。05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)3充氣式蓄能器

充氣式蓄能器利用壓縮氣體儲(chǔ)存能量。主要有氣瓶式、活塞式和氣囊式。

(1)氣瓶式蓄能器

這是一種直接式接觸式蓄能器。其結(jié)構(gòu)如圖。它是一個(gè)下半部盛油液,上半部充壓縮氣體的氣瓶。這種蓄能器容量大,體積小,慣性小,反應(yīng)靈敏。但是氣體容易混入油液中,使油液的可壓縮性增加,并且耗氣量大,必須經(jīng)常補(bǔ)氣。6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

活塞式蓄能器中的氣體和油液由活塞隔開(kāi)?;钊?的上部為壓縮空氣,活塞1隨下部壓力油的儲(chǔ)存和釋放而在缸筒2內(nèi)來(lái)回滑動(dòng)。這種蓄能器活塞有一定的慣性,和O形密封圈存在較大的摩擦力,所以反應(yīng)不夠靈敏。圖6.4活塞式蓄能器(2)活塞式蓄能器

6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

皮囊式蓄能器中氣體和油液用皮囊隔開(kāi)。皮囊用耐油橡膠制成,內(nèi)充入惰性氣體,殼體下端的提升閥能防止皮囊膨脹擠出油口。

圖6.4皮囊式蓄能器

殼體

皮囊

充氣閥

提升閥

(3)皮囊式蓄能器6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)6.1蓄能器4薄膜式蓄能器

薄膜式蓄能器利用薄膜的彈性來(lái)儲(chǔ)存、釋放壓力能。主要用于小體積和小流量的航空機(jī)械中,如用作減振器、緩沖器等。6.1.3蓄能器的容量計(jì)算

容量是選用蓄能器的依據(jù),其大小視用途而異?,F(xiàn)以皮囊式蓄能器為例加以說(shuō)明。蓄能器的圖形符號(hào)05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)1作輔助動(dòng)力源時(shí)的容量計(jì)算

當(dāng)蓄能器作動(dòng)力源時(shí),蓄能器儲(chǔ)存和釋放的壓力油容量和皮囊中氣體體積的變化量相等,而氣體狀態(tài)的變化遵守玻義耳定律,即(6.1)—皮囊的充氣壓力—皮囊充氣體積,此時(shí)皮囊充滿殼體內(nèi)腔,故亦即蓄能器容量—系統(tǒng)最高工作壓力,即泵對(duì)蓄能器充油結(jié)束時(shí)的壓力—皮囊被壓縮后相應(yīng)于時(shí)的氣體體積

—系統(tǒng)最低工作壓力,即蓄能器向系統(tǒng)供油結(jié)束時(shí)的壓力—?dú)怏w膨脹后相應(yīng)于時(shí)的氣體體積

式中:

6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

體積差為供給系統(tǒng)油液的有效體積,將它代入式(6.1),使可求得蓄能器容量,即

由上式得(6.2)05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

充氣壓力在理論上可與相等,但是為保證在時(shí)蓄能器仍有能力補(bǔ)償系統(tǒng)泄漏,則應(yīng)使<,一般取=(0.8~0.85)

(6.3)

當(dāng)蓄能器用于保壓時(shí),氣體壓縮過(guò)程緩慢,與外界熱交換得以充分進(jìn)行,可認(rèn)為是等溫變化過(guò)程,這時(shí)取n=1;而當(dāng)蓄能器作輔助或應(yīng)急動(dòng)力源時(shí),釋放液體的時(shí)間短,熱交換不充分,這時(shí)可視為絕熱過(guò)程,取n=1.4。

6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)2用來(lái)吸收沖擊用時(shí)的容量計(jì)算

當(dāng)蓄能器用于吸收沖擊時(shí),一般按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算緩沖最大沖擊力時(shí)所需要的蓄能器最小容量,即(6.4)式中:—允許的最大沖擊(MPa)

—閥口關(guān)閉前管內(nèi)壓力(MPa)

—用于沖擊的蓄能器的最小容量(L)

L—發(fā)生沖擊的管長(zhǎng),即壓力油源到閥口的管道長(zhǎng)度()

T—閥口關(guān)閉的時(shí)間(),實(shí)然關(guān)閉時(shí)取t=0

6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

液壓油中往往含有雜質(zhì),會(huì)造成液壓元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面的磨損、滑閥卡滯、節(jié)流孔口堵塞。在系統(tǒng)中安裝一定精度的濾油器,是保證液壓系統(tǒng)正常工作的必要手段。

過(guò)濾器的過(guò)濾精度是指濾芯能夠?yàn)V除的最小雜質(zhì)顆粒的大小,以直徑d作為公稱(chēng)尺寸表示。按精度可分為粗過(guò)濾器(d<100)、普通過(guò)濾器(d<10)、精過(guò)濾器(d<5)、特精過(guò)濾器(d<1)。

6.2過(guò)濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

一般對(duì)過(guò)濾器的基本要求是:(1)能滿足液壓系統(tǒng)對(duì)過(guò)濾精度要求,即能阻擋一定尺寸的雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)。(2)濾芯應(yīng)有足夠強(qiáng)度,不會(huì)因壓力而損壞。(3)通流能力大,壓力損失小。(4)易于清洗或更換濾芯。

系統(tǒng)類(lèi)別潤(rùn)滑傳動(dòng)系統(tǒng)伺服工作壓力(MPa)0~2.51414~323221精度d(m)10025~5025105表4.1 各種液壓系統(tǒng)的過(guò)濾精度要求

6.2過(guò)濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)按濾芯的材料和結(jié)構(gòu)形式,濾油器可分為網(wǎng)式、線隙式、紙質(zhì)濾芯式、燒結(jié)式濾油器及磁性濾油器等。按濾油器安放的位置不同,還可以分為吸濾器、壓濾器和回油過(guò)濾器,考慮到泵的自吸性能,吸油濾油器多為粗濾器。

6.2.1過(guò)濾器的類(lèi)型及特點(diǎn)

6.2過(guò)濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)1網(wǎng)式濾油器

濾芯以銅網(wǎng)為過(guò)濾材料,在周?chē)_(kāi)有很多孔的塑料或金屬筒形骨架上,包著一層或兩層銅絲網(wǎng),其過(guò)濾精度取決于銅網(wǎng)層數(shù)和網(wǎng)孔的大小。這種濾油器一般用于液壓泵的吸油口。

圖6.11網(wǎng)式濾油器

6.2過(guò)濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

圖6.12線隙式濾油器

2線隙式濾油器

線隙式濾油器如圖4.2所示,用鋼線或鋁線密繞在筒形骨架的外部來(lái)組成濾芯,依靠銅絲間的微小間隙濾除混入液體中的雜質(zhì)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通流能力大、過(guò)濾精度比網(wǎng)式濾油器高,但不易清洗。多為回油過(guò)濾器。6.2過(guò)濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

圖6.13燒結(jié)式濾油器

3燒結(jié)式濾油器

濾芯用金屬粉末燒結(jié)而成,利用顆粒間的微孔來(lái)?yè)踝∮鸵褐械碾s質(zhì)通過(guò),其濾芯能承受高壓。6.2過(guò)濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

濾芯為微孔濾紙制成的紙芯,將紙芯圍繞在帶孔的鍍錫鐵做成的骨架上,以增大強(qiáng)度。為增加過(guò)濾面積,紙芯一般做成折疊形。其過(guò)濾精度較高,一般用于油液的精過(guò)濾,但堵塞后無(wú)法清洗。4紙質(zhì)濾油器圖6.14紙質(zhì)濾油器

6.2過(guò)濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)6.2.2過(guò)濾器的選用

選用濾油器時(shí)應(yīng)考慮一下以下問(wèn)題:(1)有足夠的過(guò)濾能力(2)能承受一定的工作壓力(3)有足夠的過(guò)濾精度過(guò)濾精度—表示過(guò)濾器對(duì)各種不同尺寸污染顆粒的濾除能力。旅芯所能濾除最小顆粒度的大小。(4)過(guò)濾器旅芯應(yīng)易于清洗和更換(5)在一定的溫度下,過(guò)濾器應(yīng)有足夠的耐久性6.2過(guò)濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)6.2.3過(guò)濾器的安裝(1)泵入口的吸油粗濾器

粗濾油器用來(lái)保護(hù)泵,使其不致吸入較大的機(jī)械雜質(zhì)。為了不影響泵的吸油性能,防止發(fā)生氣穴現(xiàn)象,濾油器的過(guò)濾能力應(yīng)為泵流量的兩倍以上,壓力損失不得超過(guò)0.01~0.035MPa。(2)泵出口油路上的高壓濾油器

主要用來(lái)濾除進(jìn)入液壓系統(tǒng)的污染雜質(zhì),一般采用過(guò)濾精度10~15m的濾油器。它應(yīng)能承受油路上的工作壓力和沖擊壓力,其壓力降應(yīng)小于0.35MPa,并應(yīng)有安全閥或堵塞狀態(tài)發(fā)訊裝置,以防泵過(guò)載和濾芯損壞。

6.2過(guò)濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)6.2過(guò)濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

大型液壓系統(tǒng)可專(zhuān)設(shè)一液壓泵和濾油器構(gòu)成的濾油子系統(tǒng),濾除油液中的雜質(zhì),以保護(hù)主系統(tǒng)。一般濾油器只能單向使用,即進(jìn)、出口不可互換。(3)系統(tǒng)回油路上的低壓濾油器

因回油路壓力很低,可采用濾芯強(qiáng)度不高的精濾油器,并允許濾油器有較大的壓力降。(4)安裝在系統(tǒng)以外的旁路過(guò)濾系統(tǒng)

安裝濾油器時(shí)應(yīng)注意6.2過(guò)濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)①儲(chǔ)存油液②散掉系統(tǒng)累計(jì)的熱量③促進(jìn)油液中空氣的分離④沉淀油液中的污垢

油箱的基本功能是:儲(chǔ)存工作介質(zhì);散發(fā)系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的熱量;分離油液中混入的空氣;沉淀污染物及雜質(zhì)。

油箱可分為開(kāi)式油箱和閉式油箱兩種。開(kāi)式油箱中的油液的液面與大氣相通,而閉式油箱中油液的液面與大氣隔絕。開(kāi)式油箱又分為整體式和分離式。所謂整體式是指利用主機(jī)的底座等作為油箱。而分離式油箱則與三機(jī)分離并與泵組成一個(gè)獨(dú)立的供油單元(泵站)。6.3.1油箱6.3油箱、熱交換器、壓力表1油箱的基本功能和分類(lèi)05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

圖6.18開(kāi)式油箱1—回油管;2—泄油管;3—泵吸油管;4—空氣濾清器;5—安裝板;6—隔板;7—放油孔;8—粗濾油器;9—清洗窗側(cè)板;10—液位計(jì)窗口;11—注油口;12—油箱上蓋6.3.1油箱05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)2油箱的容積與結(jié)構(gòu)

在初步設(shè)計(jì)時(shí),油箱的有效容量可按下述經(jīng)驗(yàn)公式確定(6.5)式中:—油箱的有效容量—液壓泵的流量—經(jīng)驗(yàn)系數(shù),低壓系統(tǒng):=2~4,中壓系統(tǒng):

=5~7,中高壓或高壓系統(tǒng):=6~12

對(duì)功率較大且連續(xù)工作的液壓系統(tǒng),必要時(shí)還要進(jìn)行熱平衡計(jì)算,以此確定油箱容量。

6.3.1油箱05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

下面根據(jù)圖6.18所示的油箱結(jié)構(gòu)示意圖分述設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下:(1)泵的吸油管與系統(tǒng)回油管之間的距離應(yīng)盡可能遠(yuǎn)些,管口都應(yīng)插于最低液面以下,但離油箱底要大于管徑的2-3倍,以免吸空和飛濺起泡。吸油管端部所安裝的濾油器,離箱壁要有3倍管徑的距離,以便四面進(jìn)油?;赜凸芸趹?yīng)截成45斜角,以增大回流截面,并使斜面對(duì)著箱壁,以利散熱和沉淀雜質(zhì)。(2)在油箱中設(shè)置隔板,以便將吸、回油隔開(kāi),迫使油液循環(huán)流動(dòng),利于散熱和沉淀。6.3.1油箱05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)(3)設(shè)置空氣濾清器與液位計(jì)。空氣濾清器的作用是使油相箱與大氣相通,保證泵的自吸能力,濾除空氣中的灰塵雜物,有時(shí)兼作加油口。它一般布置在頂蓋上靠近油箱邊緣處。6.3.1油箱05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)(5)油箱正常工作溫度應(yīng)在15-66C之間,必要時(shí)應(yīng)安裝溫度控制系統(tǒng),或設(shè)置加熱器和冷卻器。(6)最高油面只允許達(dá)到油箱高度的80%,油箱底腳高度應(yīng)在150mm以上,以便散熱、搬移和放油,油箱四周要有吊耳,以便起吊裝運(yùn)。

(4)設(shè)置放油口與清洗窗口。將油箱底面做成斜面,在最低處設(shè)放油口,平時(shí)用螺塞或放油閥堵住,換油時(shí)將其打開(kāi)放走油污。為了便于換油時(shí)清洗油箱,大容量的油箱一般均在側(cè)壁設(shè)清洗窗口。6.3.1油箱05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

如果液壓系統(tǒng)靠自然冷卻仍不能使油溫控制在上述范圍內(nèi)時(shí),就須安裝冷卻器;反之,如環(huán)境溫度太低,無(wú)法使液壓泵啟動(dòng)或正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),就須安裝加熱器。

液壓系統(tǒng)的工作溫度一般希望保持在30~50C的范圍之內(nèi),最高不超過(guò)65C,最低不低于15C。6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

1冷卻器一般說(shuō)來(lái),造成油箱散熱面積不夠,必須采用冷卻器來(lái)抑制油溫的原因有三:

1)因機(jī)械整體的體積和空間使油箱的大小受到限制。

2)因經(jīng)濟(jì)上的理由,需要限制油箱的大小等。

3)要把液壓油的溫度控制得更低。油冷卻器可分成水冷式和風(fēng)冷式兩大類(lèi)。6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

(1)水冷式冷卻器

水冷式冷卻器分為蛇形管式、多管式和板式等型式。

1)蛇形管冷卻器

2)多管式冷卻器(2)風(fēng)冷式冷卻器

6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)圖6.20對(duì)流式多管頭冷卻器

6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

油冷卻器安裝的場(chǎng)所油冷卻器安裝在熱發(fā)生體附近,且液壓油流經(jīng)油冷卻器時(shí),壓力不得大于1MPa。有時(shí)必須以安全閥來(lái)保護(hù),以使它免于高壓的沖擊而造成損壞。

1)熱發(fā)生源,如溢流閥附近,如下圖所示。

2)回油回路。6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)3)如液壓裝置很大且運(yùn)轉(zhuǎn)的壓力很高,此時(shí)使用獨(dú)立的冷卻系統(tǒng),如圖所示。6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)2加熱器

液壓系統(tǒng)的加熱一般采用電加熱器,它用法蘭盤(pán)水平安裝在油箱側(cè)壁上,發(fā)熱部分全部浸在油液內(nèi)。

圖6.22加熱器的安裝

6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)1.壓力表

液壓系統(tǒng)各工作點(diǎn)的壓力可通過(guò)壓力表觀測(cè),以便調(diào)整和控制。最常用的壓力表是彈簧彎管式壓力表。壓力表的精度等級(jí)以其誤差占量程的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。選用壓力表時(shí)壓力表量程一般為最高工作壓力的1.5倍。為防止壓力沖擊損壞壓力表,常在通至壓力表的通道上設(shè)置阻尼器。6.3.2壓力表及壓力輔件05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)2.壓力表開(kāi)關(guān)

壓力油路與壓力表之間往往裝有一壓力表開(kāi)關(guān)。功用:用于切斷或接通壓力表和油路的通道。結(jié)構(gòu):相當(dāng)于一個(gè)手動(dòng)換向轉(zhuǎn)閥。6.3.2壓力表及壓力輔件05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)管件包括管道和管接頭。6.6.1管道1管道的種類(lèi)及用途6.6管件功用:管道—傳遞工作液體;管接頭—連接油管與油管或元件。要求:足夠的強(qiáng)度,良好的密封、較小的壓力損失、方便的裝拆性。

液壓系統(tǒng)中使用的管道分為硬管和軟管兩類(lèi)。硬管有無(wú)縫鋼管、有縫鋼管和銅管等;軟管則有橡膠管和尼龍管等。05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)6.6.1管道硬管軟管2管道尺寸的確定液壓系統(tǒng)油管的選擇與計(jì)算主要是計(jì)算管子的內(nèi)徑和壁厚。05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(dòng)

管道的內(nèi)徑d和壁厚可采用下列兩式計(jì)算,并需圓整為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值,即

(6.13)(6.14)—允許流速;式中:—許用應(yīng)力,可由材料手冊(cè)查出。n—安全系數(shù)對(duì)鋼管—材料抗拉強(qiáng)度,可由材料手冊(cè)查出。式中:對(duì)銅管6.6

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